Osaako joku selittää ortogonaalisuutta?

EnMuistaEnää

Törmäsin erästä asiaa selvittäessäni termiin ortogonaalisuus (matriisi tai funktio). Itse olen suorittanut matematiikan kursseja yliopistolla viimeksi 1970-luvun lopulla, joten tiedot ja taidot ovat ruostuneet. Otsikkoa lainaten: osaako joku selittää kohtuullisen selvästi ja ymmärrettävästi ortogonaalisuuden (sisimmän) olemuksen?

7

2469

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • Kanootti3

      Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja pistetulo.

      Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

      Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset sisätulot ovat 0.
      Lisähuomio: ortonormaali matriisi vaatii lisäksi että joka sarakkeen pituus on 1. Pituuden neliöhän tulee sisätuloavaruudessa vektorin sisätulosta itsensä kanssa. Siten ortonormaalius voidaan sanoa myös näin: matriisin transpoosi on sen käänteismatriisi. (Huomaa, jos kompleksiluvut on mukana kuvioissa, niin pitää ottaa myös kompleksi konjugaatti, sillä tällöin sisätulossa on myös tämä konjugointi mukana toisessa vektorissa).

      Sitten ortogonaaliuden määritelmään funktioille.
      Funktiot muodostavat vektoriavaruuden. Tänne voidaan ottaa sisätulo (tulon integraali yli määrittelyjoukon), kun rajoitutaan sopiviin funktioihin (toisen potenssin integraali oltava äärellistä), ns. L^2 avaruus. (Taas, jos funktiot ovat kompleksiarvoisia, niin sisätuloon pitää toiseen funktioon laittaa integraalin sisällä kompleksi konjugointi.)

      En nyt tiedä osaanko sisintä olemusta selittää ainakaan paremmin kuin mitä googlamallakin löytyy, mutta tämä nyt ainakin että matriisin ortogonaalisuudesta puhuttaessa on vain yksi matriisi ja sitten yleisesti kaksi vektoria (joita funkiotkin siis ovat omassa avaruudessaan), kun puhutaan niiden keskenäisestä ortogonaaliudesta. Huom. matriisitkin muodostavat vektoriavaruuden R^{n*m}, joten myös ne voivat olla tällä jälkimmäisellä tavallakin ortogonaalisia.

      • Kanootti3

        Jos tuo yo. vaikuttaa aivan kamalalta sotkulta, niin yritän selkiyttää (OG=ortogonaali).

        Vektorit OG: sisätulo 0

        OG-Matriisi: sarakkeet keskenään ortogonaalisia

        Funktiot OG: ovat OG vektoreina (omassa sisätuloavaruudessaan)
        Mutta sisätulo pitää olla määritelty. Funktiolla tämä haluttaisiin tehdä integraalilla, joten sen täytyy supeta.


      • EnMuistaEnää

        > Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja > pistetulo.

        > Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

        > Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset > sisätulot ovat 0.

        Jos on vektori (x1,y1) ja toinen vektori (x2,y2), miten niiden sisätulo lasketaan? Ortogonaalisesta matriisista minulla oli haun perusteella heikko havainto. Voitko selittää vielä vähän sarakkeiden välisistä sisätuloista?


      • Kanootti3
        EnMuistaEnää kirjoitti:

        > Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja > pistetulo.

        > Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

        > Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset > sisätulot ovat 0.

        Jos on vektori (x1,y1) ja toinen vektori (x2,y2), miten niiden sisätulo lasketaan? Ortogonaalisesta matriisista minulla oli haun perusteella heikko havainto. Voitko selittää vielä vähän sarakkeiden välisistä sisätuloista?

        Avaruuden R^n vektoreiden (x1, y1) ja (x2, y2) välinen sisätulo on

        x1*x2 y1*y2

        eli vastaavin komponenttien tulojen summa.

        Mikäli vektorit ovat kompleksi-vektoreita eli C^n:stä, niin sitten sisätulo määritellään

        x1*konjugaatti(x2) y1*konjugaatti(y2).

        Ortogonaalisesta matriisissa jokaisen sarakkeen pitää olla jokaisen muun sarakkeen kanssa ortogonaalinen. Eli ota eka sarake ja laske sen sisätulo tokan, kolmannen jne. kanssa. Näistä pitää tulla 0. Sitten toka sarake sisätulotetaan kolmannen, neljännen jne. Nollia pitää olla. Näin edelleen kaikki mahdolliset sarakeparit, joissa on kaksi eri saraketta, oltava OG.

        Oletko sinun vektorit ja matriisit reaalilukuarvoisia vai onko kompleksiluvut käytössä?
        (Muuten, minä kutsuisin vektoria x:ksi ja merkitsisin sen komponentteja x = (x1, x2).)


    • IteTaiteilija

      Joskus saattaa matemaatikolle olla vaikeaa sanoa matematiikan ulkopuolisella tavalla ('kielellä'), mitä jokin termi tarkoittaa. Minusta orto on yhtäkuin kohti- tai suora-, ja gooni=kulma.
      Tarkoittaa yksinkertaisesti ominaisuutta, mikä tavallisilla x-,y- (,z-...) -koordinaatistoilla analyyttisessä geometriassa ja vektorialgebrassa ns.luontaisesti on: akselit kohtisuorassa toisiaan vastaan. Ja muodostavat siten vektorisysteemin kannan. Periaatteessa kantavektorien ei tarvitsisi olla kohtisuorassa (vinollakin kulmalla syntyy kanta), mutta ortogonaalisuus helpottaa käytännön laskurutiineja kovasti.
      Ja pistetulo on luonteeltaan apukäsite ('apupalikka'), jota ilmankin lienee matematiikan historiassa tultu toimeen. On vaan laskujen kautta yhtenään vastaantuleva kuvio (lausekkeitten osa, kaava), jolle on ollut käytännöllistä antaa sitten nimi. Mm.ortogonaalisissa genreissä (taidelajeissa;) voidaan käyttää kohtisuoruuden kriteerinä ja todistamisissa. Joku voisi miettiä onko pistetuloluvulle jokin geometrinen tulkinta, mille näkisi laskematta arvion esim.piirretystä kuviosta suoraan päältä, kuten esim.kahden vektorin määräämän suunnikkaan pinta-alan.
      Koko (alkeistason) matriisilaskennan käyttökelpoisuus käsittääkseni perustuu paljon siihen, että lähtökohdaksi oletetaan nimenomaan suorakulmainen (ortogonaalinen) koordinaatisto (muuten kaavat ja teoriat olisivat kinkkisemmät;) esim.koordinaatiston kierto, peilaus, zoomaukset yms.
      Tässä ei-matemaatikon tarinaa, korjatkaa jos jotain on väärässä.

    • EnMuistaEnää

      Kiitokset kaikille vastaajille! Minulla oli hämärä käsitys, että ortogonaalisuus on jonkin sortin kohtisuoruutta. Kanootti3:lle sanoisin, että tässä vaiheessa vektorit ja matriisit ovat minulla reaalilukuarvoisia. Jos pääsen pitemmälle tässä asiassa, kysyn sitten lisäkysymyksiä.

      Vektoreiden merkinnän kopioin jostakin verkkomateriaalista. Toivottavasti asia ymmärrettiin oikein.

    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Luetuimmat keskustelut

    1. Fuengirola.fi: Danny avautuu yllättäen ex-rakas Erika Vikmanista: "Sanoisin, että hän on..."

      Danny matkasi Aurinkorannikolle Helmi Loukasmäen kanssa. Musiikkineuvoksella on silmää naiskauneudelle ja hänen ex-raka
      Kotimaiset julkkisjuorut
      111
      3317
    2. GALLUP: Kuka voittaa The Voice of Finland -kisan: Oliver, Janina, Julia vai Mohammad?

      GALLUP: Kuka voittaa The Voice of Finland -kisan: Oliver, Janina, Julia vai Mohammad? Tänään jännittävä finaalilähetys
      Voice of Finland
      49
      1213
    3. Arvaa miten paljon

      Haluan sua?
      Ikävä
      83
      1182
    4. Tämä on kyllä heittämällä erikoisin ihmissuhde mitä on koskaan ollut

      Hulluinta on se että ei edes ole varsinaista suhdetta minkäänlaista, mutta tuntuu kuin olisit elämässäni mukana koko aja
      Ikävä
      56
      1147
    5. Helikopteri pörrää ja POLIISIT on eristettynä pururadan vieressä!

      Suojatehtävä pitää kiireisenä. Kulut ovat kovat!
      Pudasjärvi
      35
      1072
    6. Mikä teki vaikutuksen

      että ihastuit kaivattuusi? 🔥
      Ikävä
      60
      1027
    7. Autolla puuhun

      Halapahallin kohilla auto puuhun, lujaa on tultu ja ei oo pysyny hallinnassa. Taisipa olla lundin pojan auto, eipä tainn
      Oulainen
      27
      930
    8. Mitä toiveita ja ajatuksia sulla

      On kaivattusi suhteen?
      Ikävä
      67
      888
    9. Luuletko, että löydämme vielä

      Yhteyden takaisin? Miehelle ....
      Ikävä
      53
      877
    10. Tunnustan

      Vaikka peitän sen erittäin hyvin niin tunnustan että pidän sinusta erittäin paljon, mieheltä naiselle
      Ikävä
      39
      872
    Aihe